CN102991333B - 混合动力驱动总成及应用其的混合动力驱动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种混合动力驱动总成及应用其的混合动力驱动汽车，涉及汽车传动技术领域，解决了现有的混合动力驱动总成在工作过程中驱动效率比较低的问题。本发明实施例中，由于发动机产生的动力能经由第一电机和离合器传递至第一动力输入轴，而动力切换单元在处于工作状态时，能够将第一动力输入轴的动力传递至高速齿轮对的主动轮，或者传递至低速齿轮对的主动轮，最终将动力传递至二轴以驱动车轮，因此，可以实现发动机在不同的速度下直接参与驱动，可以避免现有技术中的发动机在能量转换的过程中能量损耗的问题发生，从而提高了混合动力驱动总成的驱动效率。本发明实施例主要用在汽车驱动系统。

Description

混合动力驱动总成及应用其的混合动力驱动汽车

技术领域

本发明涉及汽车传动技术领域，尤其涉及一种混合动力驱动总成及应用其的混合动力驱动汽车。

背景技术

混合动力驱动汽车、电动汽车、增程式电动汽车是未来新能源汽车的主要驱动形式。

传统混合动力驱动汽车中，设置有混合动力驱动总成，其中主要包括牵引电机、发电机、发动机及变速器。牵引电机用于驱动车轮，发动机专门用于驱动发电机从而对汽车电池进行再充电和/或将电力直接地供给至牵引电机。

在上述混合动力驱动总成工作的过程中，发动机输出的机械能通过发电机转化为电能，该电能再输入牵引电机以使牵引电机输出机械能，进而驱动汽车行驶。由于发动机输出的机械能经过发电机和牵引电机后会有很大一部分损失，一般情况下会有20％以上的损失，这样使得混合动力驱动总成的驱动效率比较低。

发明内容

本发明的实施例提供一种混合动力驱动总成及应用其的混合动力驱动汽车，解决了现有的混合动力驱动总成在工作过程中驱动效率比较低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种混合动力驱动总成，包括：第一电机、第二电机、发动机及变速器，所述变速器包括离合器、低速齿轮对、高速齿轮对、动力切换单元、二轴以及相对同轴向设置的第一动力输入轴和第二动力输入轴；所述高速齿轮对的主动轮套设在所述第一动力输入轴上，从动轮固定在所述二轴上；所述低速齿轮对的主动轮固定在所述第二动力输入轴上，从动轮固定在所述二轴上；所述动力切换单元位于所述第一动力输入轴与所述第二动力输入轴之间，固定在所述第一动力输入轴上；当所述动力切换单元处于工作状态时，将所述第一动力输入轴上的动力传递至所述高速齿轮对的主动轮，或者传递至所述低速齿轮对的主动轮；所述发动机的动力经由所述第一电机与所述离合器传递至所述第一动力输入轴，所述第二电机直接驱动所述第二动力输入轴。

进一步地，所述混合动力驱动总成，还包括主减速器，所述主减速器包括减速齿轮对，所述减速齿轮对的主动轮固定在所述二轴上，所述减速齿轮对的动力由与所述主减速器相连的动力输出轴输出。

进一步地，所述动力切换单元包括花键毂及与所述花键毂花键连接的滑套；所述滑套在所述花键毂上滑动；当所述滑套滑至所述高速齿轮对一侧时，所述第一输入轴的动力传递至所述高速齿轮对的主动轮；当所述滑套滑至所述低速齿轮对一侧时，所述第一输入轴的动力传递至所述低速齿轮对的主动轮。

进一步地，所述第一电机由第一控制器控制，所述第二电机由第二控制器控制。

进一步地，所述混合动力驱动总成，还包括主电池组，所述主电池组通过所述第一控制器、第二控制器分别与所述第一电机和所述第二电机对应连接。

进一步地，所述的混合动力驱动总成，还包括动力切换装置，所述动力切换装置位于所述第二动力输入轴与所述第二电机之间，所述第二电机通过所述动力切换装置直接驱动所述第二动力输入轴，所述动力切换装置用于传递或切断所述第二动力输入轴与所述第二电机之间传递的动力。

进一步地，所述动力切换装置为离合器，所述离合器的主动件与所述第二电机固定连接，所述离合器的从动件与所述第二动力输入轴固定连接。

一种混合动力驱动汽车，设置有上述的混合动力驱动总成。

本发明实施例提供了一种混合动力驱动总成及应用其的混合动力驱动汽车，由于发动机产生的动力能经由第一电机和离合器传递至第一动力输入轴，而动力切换单元在处于工作状态时，能够将第一动力输入轴的动力传递至高速齿轮对的主动轮，或者传递至低速齿轮对的主动轮，最终将动力传递至二轴以驱动车轮，因此，可以实现发动机在不同的速度下直接参与驱动，可以避免现有技术中的发动机在能量转换的过程中能量损耗的问题发生，从而提高了混合动力驱动总成的驱动效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种混合动力驱动总成的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种混合动力驱动总成的示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种混合动力驱动总成的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种混合动力驱动总成，如图1所示，包括：第一电机11、第二电机12、发动机13及变速器15。

变速器15包括离合器14、低速齿轮对151、高速齿轮对152、动力切换单元153、二轴156以及相对同轴向设置的第一动力输入轴154和第二动力输入轴155；高速齿轮对152的主动轮152a套设在第一动力输入轴154上，从动轮152b固定在二轴156上；低速齿轮对151的主动轮151a固定在第二动力输入轴155上，从动轮151b固定在二轴156上；动力切换单元153位于第一动力输入轴154与第二动力输入轴155之间，固定在第一动力输入轴154上；当动力切换单元153处于工作状态时，将第一动力输入轴154上的动力传递至高速齿轮对152的主动轮152a，或者传递至低速齿轮对151的主动轮151a。

发动机13的动力经由第一电机11与离合器14传递至第一动力输入轴154，第二电机12直接驱动第二动力输入轴155。

上述混合动力驱动总成可以工作于以下五种方式：一、第二电机12单独驱动；二、发动机13单独驱动；三、第二电机12与发动机13混合驱动；四、倒档；五、能量回收。下面参照图1对上述混合动力驱动总成的各种工作方式进行详细说明。

一、第二电机单独驱动的工作方式：

当动力切换单元153处于非工作状态，且离合器14处于传力的接合状态时，发动机13产生的动力经过、第一电机11及离合器14传递至第一动力输入轴154上，由于动力切换单元153处于非工作状态，第一动力输入轴154的动力既不会传递至高速齿轮对152，也不会传递至低速齿轮对151，因此，该动力不会传递至低速齿轮对151和高速齿轮对152中的任何一者；或者离合器14处于不传力的断开状态时，发动机13产生的动力也不会传递至低速齿轮对151和高速齿轮对152中的任何一者。此时，第二电机12的动力通过第二动力输入轴155直接传递给低速齿轮对151的主动轮151a，主动轮151a带动从动轮151b转动，从动轮151b带动二轴156转动，二轴的动力可用来驱动车轮。

二、发动机单独驱动的工作方式：

当离合器14处于接合状态时，发动机13产生的动力经过第一电机11及离合器14传递到第一动力输入轴154。此时，动力切换单元153处于工作状态，当动力切换单元153将第一动力输入轴154上的动力传递至高速齿轮对152的主动轮152a时，主动轮152a带动从动轮152b转动，从动轮152b带动二轴156转动，二轴156的动力可用来驱动车轮。当动力切换单元153将第一动力输入轴154上的动力传递至低速齿轮对151的主动轮151a时，主动轮151a带动从动轮151b转动，从动轮151b带动二轴156转动，二轴156的动力可用来驱动车轮。

在发动机13单独驱动的工作方式下，要使处于停止状态的发动机13启动，需要通过下述的两种方式给发动机13点火，使其启动。

第一种点火方式：使离合器14处于断开状态时，并使第一电机11处于电动模式，第一电机11的动力直接驱动发动机13的曲轴顺时针转动，从而使发动机13点火。

第二种点火方式：使离合器14处于结合状态时，并使动力切换单元153处于工作状态，在动力切换单元153能将第一动力输入轴154的动力传递至低速齿轮对151的主动轮151a的状态下，第一动力输入轴154与第二动力输入轴155间接连接，所以第二电机12的动力能够通过第二动力输入轴155、低速齿轮对151的主动轮151a传递至第一动力输入轴154，再通过离合器14、第一电机11传递至发动机13，使发动机13的曲轴顺时针转动，从而使发动机13点火。

三、第二电机、发动机混合驱动的工作方式：

使动力切换单元153处于工作状态，且使离合器14处于结合状态，发动机13产生的动力经过第一电机11及离合器14传递到第一动力输入轴154。此时，由于动力切换单元153处于工作状态，当动力切换单元153将第一动力输入轴154上的动力传递至高速齿轮对152的主动轮152a时，主动轮152a带动从动轮152b转动，从动轮152b带动二轴156转动，二轴156的动力可用来驱动车轮。

当动力切换单元153将第一动力输入轴154上的动力传递至低速齿轮对151的主动轮151a时，主动轮151a带动从动轮151b转动，从动轮151b带动二轴156转动，二轴156的动力可用来驱动车轮。

在发动机13输出动力至二轴156的同时，第二电机12产生的动力通过第二动力输入轴155传递给低速齿轮对151的主动轮151a，主动轮151a带动从动轮151b转动，从动轮151b带动二轴156转动，使得第二电机12也输出动力至二轴156，从而实现发动机13与第二电机12的混合驱动。

在混合驱动的过程中，由于发动机13与第二电机12间接连接，因此可以控制第二电机12输出的扭矩，来调节发动机13的输出负荷，使得发动机13工作在最佳燃油区域内，这样可以达到混合驱动时的节能减排要求。

当然，也可以控制第一电机11工作在电动或者发电模式下，即第一电机11工作在发电模式时给发动机13施加负载，第一电机11工作在电动模式时减小发动机13的负载，从而使发动机13一直工作在最佳燃油区内，这样可以达到混合驱动时的节能减排要求。

另外，也可以控制第二电机12与第一电机11分别工作在电动或者发电模式下，第二电机12与第一电机11协同调节发动机13的负载，使发动机13工作在最佳燃油区内，这样可以达到混合驱动时的节能减排要求。

需要说明的是：在混合驱动过程中，动力切换单元153是根据发动机13的转速、运行车速来具体选择将第一动力输入轴154上的动力传递至高速齿轮对152还是低速齿轮对151；当需要由动力切换单元153将第一动力输入轴154上的动力传递路线在高速齿轮对152与低速齿轮对151之间进行切换时，需先使离合器14断开，再进行动力传递路线的切换；在此期间，二轴的动力由第二电机12来提供，这样可以实现动力传递路线切换，但动力不中断。

四、倒档的工作方式：

使动力切换单元153处于非工作状态，因此第一动力输入轴154的动力既不会传递至高速齿轮152对，也不会传递至低速齿轮对151，通过控制第二电机12反转可以实现二轴156反向旋转，二轴156的动力可用来驱动车轮，因此能实现倒档。

五、能量回收的工作方式：

当混合动力驱动汽车处于制动或下坡滑行时可以进行能量回收，能量回收有两种情况：

1、发动机13没有参与制动，此时，使离合器14处于断开状态，第二电机12处于发电模式，以实现能量回收，通过控制第二电机12上回收电流的大小可以调节第二电机12的制动扭矩。

2、发动机13参与制动，此时，动力切换单元153可以选择将第一动力输入轴154的动力传递至高速齿轮152对或者低速齿轮对151，然后使离合器14处于接合状态，从而使第二电机12和第一电机11同时工作在发电模式来进行能量回收，同时发动机13实现制动。

本发明实施例提供的混合动力驱动总成中，由于发动机产生的动力能经由第一电机和离合器传递至第一动力输入轴，而动力切换单元在处于工作状态时，能够将第一动力输入轴的动力传递至高速齿轮对的主动轮，或者传递至低速齿轮对的主动轮，最终将动力传递至二轴，以驱动车轮，因此，可以实现发动机在不同的速度下直接参与驱动，可以避免现有技术中的发动机在能量转换的过程中能量损耗的问题发生，从而提高了混合动力驱动总成的驱动效率。

另外，在发动机直接参与驱动的情况下，通过控制第一电机和(或)第二电机的运行模式可以调节发动机的负载，从而使其一直工作在最佳燃油区内，进而达到发动机节能减排的效果。

上述实施例中，如图1所示，混合动力驱动总成还可以包括主减速器16，主减速器16包括减速齿轮对161，减速齿轮对的主动轮161a固定在二轴156上，减速齿轮对的从动轮161b固定在主减速器的动力输出轴162上。二轴156的动力经由减速齿轮对161传递至动力输出轴162上。最终动力输出轴162的动力传递至半轴来驱动车轮。

上述实施例中，动力切换单元可以为图1所示的结构，如图1所示，动力切换单元153包括花键毂a及与花键毂a花键连接的滑套b；滑套b在花键毂a上滑动。当滑套b滑至高速齿轮对152一侧时，第一动力输入轴154的动力传递至高速齿轮对152的主动轮152a；当滑套b滑至低速齿轮对151一侧时，第一动力输入轴154的动力传递至低速齿轮对151的主动轮151a。

当动力切换单元153处于非工作状态时，滑套b位于中间位置，不向高速齿轮对152和低速齿轮对151中的任一者传递动力。

当然，动力切换单元153也可以是本领域技术人员所知的其它能将第一动力输入轴上的动力传递至高速齿轮对的主动轮，或者传递至低速齿轮对的主动轮的装置。

上述实施例中，如图2所示，第一电机11可以由第一控制器21控制，第二电机12可以由第二控制器22控制。由于采用控制器控制电机工作，可以实现驱动过程的自动化。

上述实施例中，如图2所示，混合动力驱动总成还可以包括主电池组23，主电池组23通过第一控制器21、第二控制器22分别与第一电机11和第二电机12对应连接。

上述混合动力驱动总成，由于主电池组23在第一控制器21、第二控制器22的控制下既可以向电机提供其运转时所需的电能，也可以在电机发电时储存电能，并能进行能量回收。

电机俗称“马达”，是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。由于电机中的磁场随车旋转会造成电机的定子涡流损耗和磁滞损耗，这两个损耗随车速增大而增大。上述实施例提供的混合动力驱动总成中的第二电机12由于在车辆运行时随第二动力输入轴155旋转，即使在第二电机12与车辆无能量交换时第二电机12也会空转，因此导致传递效率降低。另外，由于第二电机12的转子有转动惯量存在，导致车辆急加速时响应时间较长。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供了一种混合动力驱动总成，如图3所示，该混合动力驱动总成还包括：动力切换装置31，该动力切换装置31位于第二动力输入轴155与第二电机12之间，第二电机12通过动力切换装置31直接驱动第二动力输入轴155，动力切换装置31用于传递或切断所述第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力。

图3中所示的混合动力驱动总成也可以工作于以下五种方式：一、第二电机12单独驱动；二、发动机13单独驱动；三、第二电机12与发动机13混合驱动；四、倒档；五、能量回收。

该混合动力驱动总成工作于在一、四、五方式时，动力切换装置31用于传递第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力，工作过程与上述实施例描述的相同，在此不再赘述。

下面参照图3对上述混合动力驱动总成工作于二、三工作方式时的工作过程进行详细说明。

二、发动机单独驱动的工作方式：

当离合器14处于接合状态时，发动机13产生的动力经过第一电机11及离合器14传递到第一动力输入轴154。此时，动力切换单元153处于工作状态，当动力切换单元153将第一动力输入轴154上的动力传递至高速齿轮对152的主动轮152a时，主动轮152a带动从动轮152b转动，从动轮152b带动二轴156转动，二轴156的动力可用来驱动车轮。此时151齿轮对转动，主动轮151a带动从动轮151b转动，从动轮151b带动二轴156转动，二轴156的动力可用来驱动车轮。

然而，从动轮151b转动将带动第二动力输入轴155一起转动，此时，动力切换装置31用于切断第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力，尽管第二动力输入轴155转动也不会将动力传递给第二电机12。由于动力切换装置31切断了第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力，使得第二电机12不随第二动力输入轴155转动，因此避免了第二电机12随第二动力输入轴155转动时其定子产生磁滞损耗和涡流损耗的情况，从而提高了传动效率。另外，也去除了第二电机12的转子的转动惯量，减少了车辆急加速时的响应时间。

在发动机13单独驱动的工作方式下，要使处于停止状态的发动机13启动，需要给发动机13点火，使其启动。第一种点火方式与图1和图2所示的动力驱动总成的点火方式均相同，第二种点火方式动力驱动装置31用于传递第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力，工作过程与图1和图2所示的动力驱动总成的点火方式也相同。

三、第二电机、发动机混合驱动的工作方式：

图3中示出的混合动力驱动总成工作于该种方式时的工作过程与图1和图2所示的混合动力驱动总成的工作过程相同。其中不同的是，当齿轮对161的转速、车轮车速或发动机13转速达到一定速度的情况下，动力切换装置31可以切断第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力。即只由第一电机11与发动机13混合驱动。由于动力切换装置31切断了第二动力输入轴155与第二电机12之间传递的动力，使得第二电机12不随第二动力输入轴155转动，因此避免了第二电机12随第二动力输入轴155转动时其定子产生磁滞损耗和涡流损耗的情况，从而提高了传动效率。另外，也去除了第二电机12的转子的转动惯量，减少了车辆急加速时的响应时间。

本发明图3提供的混合动力驱动总成中，由于动力切换装置能够切断第二动力输入轴与第二电机之间传递的动力，因此避免了第二电机随第二动力输入轴转动时其定子产生磁滞损耗和涡流损耗的情况，从而提高了传动效率。另外，也去除了第二电机12的转子的转动惯量，减少了车辆急加速时的响应时间。

本发明图3提供的提供的混合动力驱动总成中，动力切换装置31可以为离合器，离合器的主动件与第二电机固定连接，离合器的从动件与第二动力输入轴固定连。离合器类似于开关，其通过接合或断开实现是否传递动力。离合器的主动件与从动件可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传递动力的过程中可以相对转动，其具有接合平顺柔和、分离迅速彻底、操纵轻便等优点。

当然，也可以是离合器的从动件与第二电机固定连接，离合器的主动件与第二动力输入轴固定连接，也可以达到目的。

需要说明的是：图1中与图2和图3中相同的组件具有相同的附图标记。

本发明实施例还提供了一种混合动力驱动汽车，设置有上述实施例描述的混合动力驱动总成。

本发明实施例提供的混合动力驱动汽车中，由于设置有上述实施例描述的具有较高驱动效率的混合动力驱动总成，使得汽车的能耗显著下降，性能显著提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种混合动力驱动总成，包括：第一电机、第二电机、发动机及变速器，其特征在于，

所述变速器包括离合器、低速齿轮对、高速齿轮对、动力切换单元、二轴以及相对同轴向设置的第一动力输入轴和第二动力输入轴；所述高速齿轮对的主动轮套设在所述第一动力输入轴上，从动轮固定在所述二轴上；所述低速齿轮对的主动轮固定在所述第二动力输入轴上，从动轮固定在所述二轴上；所述动力切换单元位于所述第一动力输入轴与所述第二动力输入轴之间，固定在所述第一动力输入轴上；当所述动力切换单元处于工作状态时，将所述第一动力输入轴上的动力传递至所述高速齿轮对的主动轮，或者传递至所述低速齿轮对的主动轮；

所述发动机的动力经由所述第一电机与所述离合器传递至所述第一动力输入轴，所述第二电机直接驱动所述第二动力输入轴；

所述混合动力驱动总成包括主减速器，所述主减速器包括减速齿轮对，所述减速齿轮对的主动轮固定在所述二轴上，所述减速齿轮对的从动轮固定在所述主减速器的动力输出轴上，所述二轴的动力经由所述减速齿轮对传递至所述动力输出轴上。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动总成，其特征在于，所述动力切换单元包括花键毂及与所述花键毂花键连接的滑套；所述滑套在所述花键毂上滑动；当所述滑套滑至所述高速齿轮对一侧时，所述第一动力输入轴的动力传递至所述高速齿轮对的主动轮；当所述滑套滑至所述低速齿轮对一侧时，所述第一动力输入轴的动力传递至所述低速齿轮对的主动轮。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动总成，其特征在于，所述第一电机由第一控制器控制，所述第二电机由第二控制器控制。

4.根据权利要求3所述的混合动力驱动总成，其特征在于，还包括主电池组，所述主电池组通过所述第一控制器、第二控制器分别与所述第一电机和所述第二电机对应连接。

5.根据权利要求1所述的混合动力驱动总成，其特征在于，还包括动力切换装置，所述动力切换装置位于所述第二动力输入轴与所述第二电机之间，所述第二电机通过所述动力切换装置直接驱动所述第二动力输入轴，所述动力切换装置用于传递或切断所述第二动力输入轴与所述第二电机之间传递的动力。

6.根据权利要求5所述的混合动力驱动总成，其特征在于，所述动力切换装置为离合器，所述离合器的主动件与所述第二电机固定连接，所述离合器的从动件与所述第二动力输入轴固定连接。

7.一种混合动力驱动汽车，其特征在于，设置有权利要求1-6任一项所述的混合动力驱动总成。